JP3371646B2 - Dry etching method - Google Patents

Dry etching method

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JP3371646B2
JP3371646B2 JP27314395A JP27314395A JP3371646B2 JP 3371646 B2 JP3371646 B2 JP 3371646B2 JP 27314395 A JP27314395 A JP 27314395A JP 27314395 A JP27314395 A JP 27314395A JP 3371646 B2 JP3371646 B2 JP 3371646B2
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイス製
造等の微細加工に用いられるプラズマ装置を用いて精密
に配線材料や絶縁膜をエッチングを行うドライエッチン
グ方法に関する。 【0002】 【従来の技術】半導体デバイスの高集積化に伴い、その
最小デザイン・ルールは著しく縮小しており、256M
DRAM,64MSRAMといった大容量メモリ素子で
は0.25μmクラスの微細加工技術が要求されてい
る。上記微細加工の主要技術のひとつであるドライエッ
チングについても、技術的要求がますます高度化してい
る。この技術的要求とは、エッチング・マスクや下地材
料層に対する高選択性、良好な形状制御性、実用的なエ
ッチング速度、低ダメージ性、低汚染性、良好な均一
性、良好な再現性の達成である。 【0003】たとえば、多層配線やデバイス構造の立体
化に伴って表面段差の増大した基板上で所定の材料膜の
ドライエッチングを行う場合には、段差の側壁面にエッ
チング残渣(ストリンガー)を残存させないために、十
分なオーバーエッチングが必要である。このとき、長時
間のエッチングに伴う下地材料膜の侵食、あるいはアン
ダカットや逆テーパ形状といった所望のパターンの形状
劣化が生じてはならない。つまり、極めて高い下地選択
性、マスク選択性、異方性が要求されるのである。 【0004】また、上述のような高段差加工ではなくと
も、たとえばMOSトランジスタのゲート電極加工のよ
うに極めて難度の高い加工もある。これは、ゲート電極
が通常、所定のデザイン・ルールにおける最小加工寸法
が適用される電極パターンであること、その形状精度が
チャネル長の変動やLDDサイドウォール形成の成否に
直接影響すること、厚さわずか数〜10nm程度の薄い
ゲート絶縁膜に対して50以上もの高い下地選択性を確
保する必要があること、特にゲート電極の構成材料とし
て高融点金属ポリサイド膜を用いた場合には、この膜が
エッチング特性の異なる2種類の膜の積層体であるため
に、異方性加工を行うための条件設定が難しいこと、等
の事情によっている。 【0005】ところで、ドライエッチングを行うプラズ
マ装置としては様々な種類の装置が知られているが、そ
のひとつに、図9に示されるトライオード型プラズマ・
エッチング装置がある。 【0006】この装置は、チャンバ41の天井部を構成
する上部接地電極42と該チャンバ41の側壁面の一部
を構成する円環状の側壁電極44との間に高周波電界を
印加してプラズマPを発生させ、このプラズマPを用い
てウェハWのドライエッチングを行うものである。上記
チャンバ41は、上部電極42の背面側に設けられた排
気フード43を通じて矢印A方向に高真空排気される一
方で、ガス供給管44を通じて矢印B,B方向から
所定のエッチング・ガスの供給を受け、これらのバラン
スによりその内部が所定の圧力に維持されている。 【0007】上記側壁電極44には、マッチング・ネッ
トワーク49を介してプラズマ励起用RF電源50が接
続されている。この側壁電極44の表面は通常、石英か
らなるRF電極カバー45で被覆されている。一般に、
RF電源に接続される電極(RF電極)の表面では接地
電極の表面におけるよりも大きなイオン・シースが形成
されるため、その直流電界で加速されたイオンがRF電
極表面をスパッタする。上記の装置の場合、側壁電極4
4がプラズマに直接接触していると表面がスパッタさ
れ、パーティクル汚染やメタル汚染をもたらす虞れが大
きい。上記RF電極カバー45は、このような汚染を避
けるために、側壁電極44の表面を保護する目的で設け
られている。 【0008】チャンバ41内でウェハWを保持する部材
は、上記チャンバ41の底面を構成する導電性のウェハ
・ステージ47である。このウェハ・ステージ47は、
先の上部電極42に対する対向電極ではなく、プラズマ
生成とは独立に基板バイアス印加するための電極であ
る。この基板バイアスは、上記プラズマ励起用RF電源
50よりも周波数の低いバイアス印加用RF電源52を
マッチング・ネットワーク51を介してウェハ・ステー
ジ47に接続することにより、印加される。 【0009】ウェハWは、ウェハ・ステージ47にクラ
ンプ48を用いて固定されている。必要に応じ、エッチ
ング領域を規定するためのフォーカス・リング55も併
用される。なお、これらクランプ48やフォーカス・リ
ング55等のウェハ周辺部材もイオン・スパッタ作用を
強く受けるため、汚染防止の意味で石英カバーに被覆さ
れている。 【0010】上記チャンバ41の外周側には複数の永久
磁石46が所定の配列にて配され、該チャンバ41の内
部にマルチカスプ磁場を形成するようになされている。
また、上部接地電極42の背面側にも、別の永久磁石5
3が設けられている。かかる構成から、このエッチャー
は磁場閉じ込め型リアクター(MCR=Magnetic Confi
nement Reactor) とも呼ばれており、プラズマPをコン
パクトに閉じ込めて高いプラズマ密度を得ることができ
る。 【0011】この装置では、側壁電極44が石英からな
るRF電極カバー45で被覆されているために、プラズ
マPが励起されている間は、このRF電極カバー45と
プラズマPとの相互作用により該RF電極カバー45の
表面から酸素系活性種が放出される。この酸素系活性種
をエッチング反応に利用することができるため、酸素の
関与するドライエッチングにおいては、エッチング・ガ
ス中に特にOを添加しなくても、添加した場合と同等
の効果を得ることができる。 【0012】ここで、酸素の関与するドライエッチング
の代表例は、ゲート電極加工である。ゲート電極の構成
材料としてタングステン(W)−ポリサイド膜の利用が
一般化するに伴い、エッチング・ガス系もHBr/
,Cl/O,HBr/Cl/O等が近年の
主流となってきた。Oが添加されているのは、プラズ
マ中にO(酸素ラジカル)を発生させてWSix膜中
のWをオキシ塩化物(WClxOy)の形で除去するこ
とにより、エッチングを高速化するためである。これ
は、オキシ塩化タングステン(典型的にはWClO)
の沸点が塩化タングステン(典型的にはWCl,WC
)の沸点よりもかなり低いことにもとづいている。
さらにOは、パターンの側壁面にSiOx系の強固な
側壁保護膜を形成し、なるべく少ないイオン入射エネル
ギーで優れた異方性形状を達成することにも寄与してい
る。 【0013】このようなドライエッチングを上述のエッ
チング装置を用いて行えば、エッチング反応に重要な役
割を果たす酸素系活性種をチャンバ内の固体部材から供
給できることになる。しかも、その供給安定性は、ガス
系による供給よりも優れている。 【0014】 【発明が解決しようとする課題】このように、チャンバ
41の内部構成部材からの酸素供給というユニークな特
色を持ったトライオード型プラズマ・エッチング装置で
あるが、エッチングの内容によっては問題を生ずること
もある。その問題のひとつは、ハードマスクを用いた場
合のエッチング・パターンの異方性形状の劣化、いまひ
とつはSiOx膜のエッチングに対応できないことであ
る。これらの問題について、順次説明する。 【0015】ハード・マスクとは、SiOx等の無機材
料により構成されるエッチング・マスクのことであり、
有機レジスト材料を用いて形成される一般的なマスクに
比べてカーボン汚染を招く虞れが少ないというメリット
を有する。たとえば近年、実用化の進んでいる自己整合
コンタクト・プロセスでは、配線パターン上に設けられ
るオフセットSiOx膜がプロセス途中でハード・マス
クの役割を果たしている。このハード・マスク自身はレ
ジスト・マスクを介したSiOx膜のエッチングにより
形成されるが、その後レジスト・マスクを除去し、以降
は上記SiOx膜のパターンをハード・マスクとして用
いる。 【0016】ここで、W−ポリサイド膜のドライエッチ
ングを、ハード・マスクを介し、かつCl/O混合
ガスを用いて行うと、下層側のポリシリコン膜が異方性
加工される場合であっても、上層側のWSix膜にはア
ンダカットが生じ易い。これは、この系において発生し
たOの量が、ポリシリコン膜にとっては最適であって
も、WSix膜にとっては過剰だからである。レジスト
・マスクを用いた場合には、ここから供給されるC(炭
素)によりOを捕捉・消費することができたが、ハー
ド・マスクを用いる場合にはこの消費効果が期待できな
いために、Oが過剰となり易いのである。しかしなが
ら、このように装置構成に起因して決まるOの発生量
は、ある値以下には抑えることができない。 【0017】また、上述のエッチング装置は、SiOx
膜エッチャーとして用いることができない。これは、側
壁電極44を被覆する石英製のRF電極カバー45が同
時にエッチングされてしまうからである。したがって、
SiOx膜エッチャーとして用いられるトライオード型
プラズマ・エッチング装置では、RF電極カバー45が
石英ではなく、アルマイト(酸化アルミニウム)やアル
ミナ系セラミクスで構成されている。 【0018】ここで、近年の半導体プロセスの中には、
たとえばDRAMのビット線コンタクト加工のように、
SiOx膜/ポリシリコン膜/SiOx膜の積層膜を貫
通してコンタクト・ホールを開口するようなドライエッ
チングが行われることがある。このとき、上述したよう
に、SiOx膜とポリシリコン膜の両方を1台のプラズ
マ・エッチング装置でエッチングすることはできないの
で、従来はSiOx膜エッチャーとポリシリコン膜エッ
チャーの2台の装置間でウェハWを搬送しながらエッチ
ングを行っていた。しかし、1つのコンタクト・ホール
を開口するのに途中で2回も装置を切り替えるので、同
じ深さの通常のコンタクト・ホールの開口に比べてスル
ープットが1/3近くも低下し、生産性に重大な支障を
来たしている。 【0019】以上述べたように、従来のトライオード型
プラズマ・エッチング装置には、O供給量の制御性、
および内部構成材料の差に起因するエッチング対象物の
制限に関して改善の余地が残されている。そこで本発明
は、この改善を行うことを目的とする。 【0020】 【課題を解決するための手段】本発明は、上述の目的を
達するために提案されるものである。その基本的な考え
方は、トライオード型プラズマ・エッチング装置でイオ
ンスパッタ作用が強く働く領域、すなわち側壁電極の近
傍領域に、プラズマ接触により酸素系化学種を放出しな
い(以下、“酸素放出せず”と記載する。)第1部材
と、酸素系化学種を放出する(以下、“酸素放出可”と
記載する。)第2部材とを配し、これら両部材の各プラ
ズマ接触面積の相対比率を変化させることでエッチング
反応系内のOの総量を自由に制御することである。 【0021】ここで、第1部材と第2部材の構成材料と
して実用上有用な材料は、それぞれ酸化アルミニウム系
材料とSiOx系材料である。 【0022】上記相対比率は、前記第1部材と前記第2
部材とを前記チャンバの軸に対して同心的かつ互いに近
接して配し、前記制御手段による該第1部材と該第2部
材の相対位置関係の変更を通じて変化させることができ
る。この相対位置関係の変更は、チャンバの軸方向に沿
った昇降、あるいはこの軸の周りの回転とすることが簡
便である。 【0023】かかるプラズマを装置を用いれば、機械的
な操作でチャンバ内のOの発生量を容易に制御するこ
とができるので、ポリシリコン膜エッチング、SiOx
膜エッチング、ハード・マスクを用いたエッチング、ポ
リシリコン膜と酸化膜の積層膜のエッチング、といった
様々なプロセスに、1台のエッチング装置で対応できる
ようになる。 【0024】 【発明の実施の形態】本発明において、チャンバの軸に
対して同心的かつ近接して配された第1部材(酸素放出
せず)と第2部材(酸素放出可)の各プラズマ接触面積
の相対比率を変化させるには、(a)第1部材を固定部
材、第2部材を可動部材とする、(b)第1部材を可動
部材、第2部材を固定部材とする、(c)第1部材と第
2部材を共に可動部材とする、のいずれかの構成にもと
づいて両部材をチャンバ内に配し、可動部材を適当な駆
動機構を用いて駆動する。いずれの構成を採用するにし
ても、チャンバ内におけるOの総量を左右するもの
は、第2部材(酸素放出可)の絶対的なプラズマ接触面
積である。ただし、第1部材(酸素放出せず)からO
を消費し得る化学種がスパッタアウトされないことが、
前提である。したがって、両部材のプラズマ接触面積の
相対比を最適化することは、つまりチャンバ内のO
総量を最適化することになる。第1部材としては、少な
くともそのプラズマ接触面が酸化アルミニウム系材料に
より構成されるものを、また第2部材としては、少なく
ともそのプラズマ接触面がSiOx系材料により構成さ
れるものを用いると好適である。 【0025】上記固定部材として最も実用的と考えられ
る部材は、チャンバの側壁である。チャンバ側壁は、側
壁電極をカバーする領域において最も大きなイオン・ス
パッタ作用を受けるので、少なくともこの領域に第1部
材または第2部材が配されていることが、本発明では特
に有効である。第1部材または第2部材は、側壁そのも
のを構成するものであっても良いが、側壁の表面に薄膜
形成技術により被着させたり、あるいは側壁の表面にこ
れらの適当な固体部材(ブロック,タイル等)を貼り付
けたりする等の方法で配することもできる。なお、これ
ら第1部材と第2部材は、必ずしも側壁面上をチャンバ
の周方向あるいは軸方向に沿って連続的に覆っていなく
ても良い。 【0026】一方の可動部材は、上記側壁に近接して対
向配置可能な板状部材とすることができる。この板状部
材が開口の無いリング状の部材であれば、これを駆動機
構を使ってチャンバの軸方向に沿って昇降させることに
より、第1部材と第2部材のプラズマ接触面積の相対比
を変化させることができる。また、特に第2部材(酸素
放出可)をチャンバ側壁面上に不連続に配した場合は、
第1部材(酸素放出せず)からなりスリット状,窓状等
の開口を持つリングを用い、かつこれを駆動機構を使っ
てチャンバの軸の周りに回転させることにより、この開
口を通した第2部材の露出の度合い、すなわちプラズマ
接触面積変化させることができる。あるいは、同じ開口
を持つリングを二重に重ね、内側リングと外側リングの
回転角の差により開口の幅を制御しても良い。この二重
リング構成によれば、酸素を放出する第2部材の配置は
周方向に沿って連続的であっても構わない。 【0027】第1部材と第2部材の両方を可動部材とす
る場合は、第1部材と第2部材とが周方向に沿って交互
に現れるような外側リングと、第1部材から構成される
開口付き内側リングとを近接して同心的に配し、双方の
回転により該開口を通した第2部材のプラズマ接触面積
を変化させると良い。ここで、上記外側リングの構成
は、第1部材からなるリング状部材の内壁面上に不連続
に第2部材を配したものであっても、逆に第2部材から
なるリング状部材の内壁面上に不連続に第1部材を配し
たものであっても良い。さらに可能であれば、第1部材
と第2部材とを交互に接ぎ合わせて全体として外側リン
グを構成するようにしても、もちろん構わない。 【0028】かかる本発明のプラズマ装置では、所望の
プロセスに応じて第1部材と第2部材のプラズマ接触面
積の相対比を最適に設定することができる。たとえば、
ハード・マスクを用いるためにOが過剰となり易いエ
ッチングでは、第2部材(酸素放出可)のプラズマ接触
面積を減ずるような機械的操作を行えば良く、逆に、異
方性達成のためにOを余分に発生させたいエッチング
では、第2部材のプラズマ接触面積を増大させるような
機械的操作を行えば良い。このような相対比の設定次第
で、1台のプラズマ装置がたとえばSiOx膜エッチャ
ーとしてもポリシリコン膜エッチャーとしても使用可能
となる。 【0029】しかも、この設定を連続的に変更すれば、
つまり、エッチングの途中で逐次、機械的操作により第
1部材および/または第2部材を駆動すれば、基板を同
じチャンバ内に置いたままで、絶縁膜と配線膜からなる
積層膜のエッチングを連続一貫プロセスとして行うこと
が可能となる。これにより、半導体デバイス製造のスル
ープットやコストが大幅に改善される。 【0030】 【実施例】まず、本発明を適用した実施例の説明に先立
って、本発明に先行する技術を説明する。 【0031】先行例1 ここでは、固定部材がアルミナ系セラミクス(酸素放出
せず)からなるチャンバ側壁であり、可動部材が合成石
英(酸素放出可)からなる昇降式側壁保護リングである
トライオード型プラズマ・エッチング装置の一構成例に
ついて、図1および図2を参照しながら説明する。 【0032】このエッチング装置は、チャンバ1の天井
部を構成する上部接地電極2と該チャンバ1の側壁面の
一部を構成する円環状の側壁電極5との間に高周波電界
を印加してプラズマPを発生させ、このプラズマPを用
いてウェハWのドライエッチングを行うものである。上
記チャンバ1の側壁面は、アルミナ系セラミクスからな
る。また、チャンバ1の内部は、上部接地電極2の背面
側に設けられた排気フード3を通じて矢印A方向に高真
空排気される一方で、ガス供給管4を通じて矢印B
方向から所定のエッチング・ガスの供給を受け、こ
れらのバランスによりその内部が所定の圧力に維持され
ている。 【0033】上記側壁電極5には、マッチング・ネット
ワーク9を介してプラズマ励起用RF電源10が接続さ
れている。ここでは、プラズマ励起用RF電源10の周
波数を13.56MHzとした。 【0034】ウェハWを保持する部材は、上記チャンバ
1の底面を構成する導電性のウェハ・ステージ7である
が、このウェハ・ステージ7は先の上部接地電極2に対
する対向電極ではなく、プラズマ生成とは独立に基板バ
イアス印加するための電極である。この基板バイアス
は、上記プラズマ励起用RF電源10よりも周波数の低
いバイアス印加用RF電源11をマッチング・ネットワ
ーク11を介してウェハ・ステージ7に接続することに
より、印加される。このバイアス印加用RF電源12の
周波数は、おおよそ100〜500kHzの範囲で選択
することができる。 【0035】また、上記チャンバ1の外周側は、複数の
永久磁石6に周回されている。この永久磁石6は、チャ
ンバ1の壁面にS極かN極のいずれかが対面し、かつ隣
接する磁石同士で極性が互いに逆となるように配列され
ることにより、該チャンバ1内にマルチカスプ磁場を形
成する。また、上部接地電極2の背面側にも永久磁石1
7が設けられている。 【0036】かかる構成に加え、本先行例では独自の工
夫として、合成石英からなる昇降式側壁保護リング14
を配設した。この昇降式側壁保護リング14は、チャン
バ1へその底面から挿通されており、リングの下端は支
持部材15を介してアクチュエータ16に接続されてい
る。このアクチュエータ16にオペレータによる手動制
御、もしくはコンピュータによる自動制御により制御信
号を転送することにより、矢印B方向への昇降量が制御
される。図2は、このチャンバ1の側壁と昇降式側壁保
護リング14の位置関係をより解り易く示した図であ
る。 【0037】かかる構成によると、昇降式側壁保護リン
グ14の昇降量に応じてチャンバ1の側壁面のプラズマ
接触面積が変化すると共に、該昇降式側壁保護リング1
4のプラズマ接触面積も変化する。ここで、図1(a)
のように昇降式側壁保護リング14を最高レベルに上昇
させると、プラズマPはほぼ昇降式側壁保護リング14
に囲まれる状態となり、合成石英がイオン・スパッタさ
れるため、エッチング反応系内へのOの供給が見込め
るようになる。この状態は、エッチング・ガスに酸素を
添加せずにゲート電極加工を行うのに適している。一
方、図1(b)のように昇降式側壁保護リング14を最
低レベルに下降させると、プラズマはほぼチャンバ1の
側壁に囲まれる状態となる。しかし、アルミナ系セラミ
クスはイオン・スパッタ作用によりほとんどOを放出
しない。したがってこの状態は、SiOx膜のエッチン
グに適している。もちろん、昇降式側壁保護リング14
の高さを中間レベルに設定すれば、その中間の量のO
が供給されることになり、これをエッチング条件の微調
整に利用することができる。 【0038】なお、上述した例では、チャンバ1の側壁
がアルミナ系セラミクス、昇降式側壁保護リングが合成
石英から構成されていたが、この構成材料を逆とし、合
成石英からなるチャンバ側壁とアルミナ系セラミクスか
らなる昇降式側壁保護リングとを組み合わせても良い。
この場合は、昇降式側壁保護リング14を最高レベルに
上昇させた状態がSiOx膜のエッチングに適した状態
で、最低レベルに下降させた状態がゲート加工に適した
状態となる。 【0039】先行例2 本先行例では、アルミナ系セラミクス(酸素放出せず)
からなる保護カバーを合成石英からなるリングの内壁面
に不連続に配した外側リングと、この保護カバーに対応
する窓部を有するアルミナ系セラミクス製の内側リング
とを、共に可動部材としてチャンバ1内に配したトライ
オード型プラズマ装置について、図3および図4を参照
しながら説明する。なお、これら内側,外側のリングは
回転式側壁保護リングと総称することにする。 【0040】図3は、このトライオード型プラズマ装置
から、回転式側壁保護リングを抜き出して図示したもの
である。外側リング20は、その内壁面において、円周
の12等分領域のひとつ置きの計6カ所に、矩形の保護
カバー21を配したものである。つまりこれは、酸素を
放出しない第1部材(アルミナ系セラミクス製の保護カ
バー)と酸素を放出する部材(合成石英製の壁材)と
が、見掛け上は周方向に交互に配された構成である。一
方の内側リング22には、同様に円周の12等分領域の
ひとつ置き、計6カ所に矩形の窓部23を有している。
上記保護カバー21と上記窓部23の相対位置は、矢印
C方向へのリングの回転にもとづいて変化させることが
できるが、この回転は外側リング20か内側リング22
の単独で行っても、あるいは両リングで同時に行っても
良い。 【0041】図4は、図3のX−X線断面であり、上記
保護カバー21と上記窓部23の位置関係を解り易く示
したものである。図4(a)は、保護カバー21が窓部
23を介して全面的に露出された状態、すなわちプラズ
マ接触面のすべてがアルミナ系セラミクスとなる場合で
ある。この状態では、エッチング反応系内に装置由来の
は供給されない。一方、図4(b)は、保護カバー
21が内側リング22に完全に遮蔽された状態、すなわ
ち窓部23を介して外側リングの壁材である石英が露出
した場合である。この状態では、この石英の露出部分が
イオン・スパッタされて、エッチング反応系内にO
供給される。なお、Oの供給量は、図4(a)と図4
(b)の中間的な回転角を選択することで、任意に設定
できることはもちろんである。 【0042】上述のような回転式側壁保護リングを用い
る場合、これらのさらに外側に位置するチャンバ1の構
成材料は特に限定されるものではない。また、外側リン
グ20を用いる代わりに、チャンバ1の側壁面に直接に
保護カバーを配するような構成であっても良い。このと
き、石英チャンバにはアルミナ系セラミクスからなる保
護カバー、アルミナ系セラミクス・チャンバには石英か
らなる保護カバーを配することとなる。 【0043】先行例3 本先行例では、先行例1のトライオード型プラズマ・エ
ッチング装置を用いて、オフセットSiOx膜パターン
をマスクとするW−ポリサイド膜のドライエッチングを
行った。このプロセスについて、図5および図6を参照
しながら説明する。 【0044】図5は、エッチング前のサンプル・ウェハ
を示しており、Si基板21上にゲートSiOx膜22
を介してW−ポリサイド膜25を形成し、この上にさら
にオフセットSiOx膜パターン26を形成したもので
ある。上記W−ポリサイド膜25は、下層側から順にn
型のポリシリコン膜(polySi)23とタングス
テン・シリサイド(WSix)膜24とが積層されたも
のである。ここで、上記ポリシリコン膜23はSiH
/PH混合ガスを用いた熱CVDにより約100nm
の厚さに、また上記WSix膜24はWF/SiH
/He混合ガスを用いた熱CVDにより約100nmの
厚さに、それぞれ形成されている。また、上記オフセッ
トSiOx膜パターン26は、レジスト・パターニング
とドライエッチングを経て形成されており、図5ではレ
ジスト・パターンはアッシングにより既に除去されてい
る。 【0045】ここで、一例として次に示す条件 HBr流量 50SCCM Cl流量 50SCCM 圧力 0.4Pa RFソース・パワー 800〜1200W(13.56
MHz) RFバイアス・パワー 10〜100W(100〜50
0kHz) ウェハ温度 室温〜80℃ 昇降式側壁保護リングの露出面積 50〜100% でW−ポリサイド膜25をエッチングした。 【0046】上記の条件では、ガス系に酸素系ガスが添
加されていないものの、合成石英からなる昇降式側壁保
護リング14から酸素系化学種がスパッタアウトされる
ことにより、エッチング反応系のO量を適正に維持す
ることができた。この結果、図6に示されるように、良
好な異方性形状を有するゲート電極25aを形成するこ
とができた。 【0047】次に、本発明の具体的な実施例を説明す
る。 【0048】実施例1 本実施例では、先行例1のトライオード型プラズマ・エ
ッチング装置を用いて、ASIC用DRAMのビット線
コンタクト・ホールを開口するために、SiOx/po
lySi/SiOx膜の積層膜の連続一貫エッチングを
行った。このプロセスについて、図7および図8を参照
しながら説明する。 【0049】図7は、エッチング前のサンプル・ウェハ
を示しており、Si基板31上に厚さ約100nmの第
1のSiOx層間絶縁膜32、厚さ約100nmのポリ
シリコン(polySi)膜33、厚さ約500nmの
第2のSiOx層間絶縁膜34が順次たとえばLPCV
D法により成膜され、さらにその上に、たとえば化学増
幅系レジスト材料からなるレジスト・パターン35が形
成されたものである。このレジスト・パターンには、た
とえばKrFエキシマ・レーザ・リソグラフィを経るこ
とにより、直径0.25μmの開口36が形成されてい
る。なお、上記ポリシリコン膜33は、このデバイスに
おける3層目ポリシリコン膜であり、プレート電極を構
成するものである。 【0050】次に、このウェハを前述のトライオード型
プラズマ・エッチング装置にセットし、第2のSiOx
層間絶縁膜34をエッチングするステップ1、ポリシリ
コン膜33をエッチングするステップ2、第1のSiO
x層間絶縁膜32をエッチングするステップ3の各エッ
チングを連続的に行った。ステップ1とステップ3のエ
ッチング条件は共通であり、たとえば、 [ステップ1,3] CHF流量 50SCCM Ar流量 50SCCM 圧力 0.67〜133Pa RFソース・パワー 200〜2000W(13.56
MHz) RFバイアス・パワー 500W(100〜500kH
z) ウェハ温度 25℃ 昇降式側壁保護リングの露出面積 0%(最低レベルま
で下降) とした。 【0051】一方、ステップ2のエッチング条件は、た
とえば、 [ステップ2] HBr流量 0〜50SCCM Cl 10〜100SCCM 圧力 0.27〜1.3Pa RFソース・パワー 800〜1200W(13.56
MHz) RFバイアス・パワー 15W(100〜500kH
z) ウェハ温度 70℃ 昇降式側壁保護リングの露出面積 100%(最高レベ
ルまで上昇) とした。このエッチングにより、図8に示されるよう
に、エッチング特性の異なる膜の積層膜に良好な異方性
形状を有するコンタクト・ホール37を開口することが
できた。このコンタクト・ホール37には、後工程にお
いてビット線が埋め込まれる。 【0052】従来、この種の積層膜のエッチングを行う
際には、チャンバの壁材の制約があるために、SiOx
膜のエッチングとpolySi膜のエッチングを別のエ
ッチング装置で行う必要があり、装置間ウェハ搬送に伴
うスループットの低下や新たな汚染を招く虞れが大きか
った。しかし本発明によれば、上述のように昇降式側壁
保護リングの機械的な昇降のみでチャンバの壁材を変更
することができるので、ウェハをエッチング途中で搬送
する必要が無く、従来のような問題は生じない。 【0053】以上、実施例について説明したが、本発明
はこれらの実施例に限定されるものではない。たとえ
ば、トライオード・エッチング装置の構成、サンプル・
ウェハの構成、ドライエッチング条件等の細部は、適宜
変更・選択が可能である。 【0054】 【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明によれば、O供給量の制御性、および内部構成材料
の差に起因するエッチング対象物に関する制限を取り払
い、ドライエッチングにおける優れた異方性形状、最適
な対SiOx膜選択比を達成することができる。しか
も、最適条件が大幅に異なるドライエッチングに1台の
プラズマ装置で対応することが可能となるため、スルー
プットやパーティクル・レベルの改善が見込まれる。ま
た、異種材料のエッチングを要するために従来複雑とさ
れていたプロセスが簡略化できることは、デバイス構造
設計の自由度を高めることにもつながる。したがって本
発明は、精密で効率的なドライエッチングの実現を通じ
て、半導体デバイスの微細化,高集積化,高性能化に大
きく貢献するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [0001] [0001] The present invention relates to a semiconductor device.
Precision using plasma equipment used for fine processing such as fabrication
Dry etching that etches wiring materials and insulating films
Related to the logging method. [0002] 2. Description of the Related Art As semiconductor devices become more highly integrated,
Minimum design rule is significantly reduced, 256M
Large-capacity memory devices such as DRAM and 64MSRAM
Requires fine processing technology of 0.25μm class
You. Dry etching, one of the main technologies
Technical requirements are also becoming increasingly sophisticated.
You. The technical requirements include etching masks and underlying materials.
High selectivity to the material layer, good shape controllability,
Cutting speed, low damage, low contamination, good uniformity
And good reproducibility. For example, a three-dimensional structure of a multilayer wiring or a device structure
Of a given material film on a substrate with an increased surface step
When performing dry etching, etch the side wall surface of the step.
In order to prevent the residue of stringing (stringers),
Sufficient over-etching is required. At this time,
Erosion of the underlying material film due to etching during
Desired pattern shape such as Ducat or inverted taper shape
Deterioration must not occur. In other words, extremely high background selection
Properties, mask selectivity, and anisotropy are required. [0004] In addition to the above-mentioned high step machining,
Also, for example, processing of the gate electrode of a MOS transistor
Some processes are extremely difficult. This is the gate electrode
Is usually the minimum feature size for a given design rule
Is the electrode pattern to which the
For fluctuation of channel length and success or failure of LDD sidewall formation
Influence directly, only a few 10nm thick
High under 50 selectivity for gate insulating film
Must be maintained, especially as a constituent material of the gate electrode.
When a high melting point metal polycide film is used,
Because it is a laminate of two types of films with different etching characteristics
Difficult to set conditions for anisotropic processing, etc.
It depends on the circumstances. [0005] By the way, a plasma for dry etching is used.
Various types of devices are known as device devices.
One of them is the triode type plasma shown in FIG.
There is an etching device. [0006] This device forms a ceiling portion of a chamber 41.
Upper electrode 42 and a part of the side wall surface of the chamber 41
A high-frequency electric field between the annular side wall electrode 44 and
To generate plasma P, and use this plasma P
In this way, dry etching of the wafer W is performed. the above
The chamber 41 is provided with a drain provided on the back side of the upper electrode 42.
High vacuum evacuation in the direction of arrow A through the air hood 43
The arrow B through the gas supply pipe 441, B2From the direction
These baluns are supplied with a predetermined etching gas supply.
The inside of the container is maintained at a predetermined pressure by a pressure switch. The side wall electrode 44 has a matching network.
RF power supply 50 for plasma excitation is connected via
Has been continued. The surface of the side wall electrode 44 is usually made of quartz.
Covered with an RF electrode cover 45. In general,
Ground on the surface of the electrode (RF electrode) connected to the RF power supply
Larger ion sheath forms at the surface of the electrode
The ions accelerated by the DC electric field
Sputter the extreme surface. In the case of the above device, the side wall electrode 4
4 is in direct contact with the plasma
The risk of particle and metal contamination.
Good. The RF electrode cover 45 avoids such contamination.
Provided for protecting the surface of the side wall electrode 44.
Have been. A member for holding the wafer W in the chamber 41
Is a conductive wafer forming the bottom surface of the chamber 41
-Stage 47. This wafer stage 47
Instead of a counter electrode to the upper electrode 42, plasma
An electrode for applying a substrate bias independently of generation.
You. This substrate bias is applied to the RF power source for plasma excitation.
RF power supply 52 for bias application having a frequency lower than 50
Wafer stay via matching network 51
It is applied by connecting to the die 47. The wafer W is placed on the wafer stage 47
It is fixed using a pump 48. Etch if necessary
The focus ring 55 for defining the
Used. Note that these clamps 48 and focus
Wafer peripheral members such as ring 55 also have ion-sputtering action.
Because it is strongly received, it is covered with a quartz cover to prevent contamination.
Have been. On the outer peripheral side of the chamber 41, a plurality of permanent
Magnets 46 are arranged in a predetermined arrangement, and inside the chamber 41
A multi-cusp magnetic field is formed in the section.
Another permanent magnet 5 is also provided on the back side of the upper ground electrode 42.
3 are provided. From such a configuration, this etcher
Is a magnetic confinement reactor (MCR = Magnetic Confi
nement Reactor).
High plasma density can be obtained by confining to pact
You. In this device, the side wall electrode 44 is made of quartz.
Because it is covered with the RF electrode cover 45
While the mask P is being excited, the RF electrode cover 45
Due to the interaction with the plasma P, the RF electrode cover 45
Oxygen-based active species are released from the surface. This oxygen-based active species
Can be used for the etching reaction,
In the dry etching involved, the etching gas
Especially during the2Equivalent to the case without adding
The effect of can be obtained. Here, dry etching involving oxygen
Is a gate electrode processing. Configuration of gate electrode
Use of tungsten (W) -polycide film as material
With the generalization, HBr /
O2, Cl2/ O2, HBr / Cl2/ O2Etc. in recent years
It has become mainstream. O2Is added,
O inside*(Oxygen radicals) in the WSix film
Of W in the form of oxychloride (WClxOy)
This is to speed up the etching. this
Is a tungsten oxychloride (typically WCl4O)
Has a boiling point of tungsten chloride (typically WCl6, WC
l5) Is considerably lower than the boiling point.
Further O2Indicates that a strong SiOx-based
Form a side wall protective film to minimize ion incident energy
Energy and excellent anisotropic shape.
You. [0013] Such dry etching is performed as described above.
If it is performed using a chucking device, it plays an important role in the etching reaction.
Oxygen-based active species that perform
Will be able to pay. Moreover, its supply stability is
Better than system supply. [0014] As described above, the chamber
The unique feature of oxygen supply from 41 internal components
With a triode type plasma etching device with color
Yes, but may cause problems depending on the type of etching
There is also. One of the problems is the use of hard masks.
Of the anisotropic shape of the etching pattern
The first is that it cannot handle etching of SiOx films.
You. These problems will be described sequentially. A hard mask is an inorganic material such as SiOx
Etching mask composed of
For general masks formed using organic resist materials
The advantage of less risk of carbon contamination
Having. For example, in recent years, self-alignment has been
In the contact process,
Offset SiOx film is hard
Play the role of a This hard mask itself is
By etching SiOx film through dist mask
Formed, but then the resist mask is removed and
Uses the above SiOx film pattern as a hard mask
I have. Here, dry etching of the W-polycide film
Through a hard mask and Cl2/ O2mixture
When using gas, the lower polysilicon film becomes anisotropic
Even if it is processed, the WSix film on the upper layer side
Dust is likely to occur. This occurs in this system
O*Is optimal for the polysilicon film
Is too much for the WSix film. Resist
・ If a mask is used, C (charcoal) supplied from here
Element)*Was able to capture and consume
This consumption effect cannot be expected when using a mask.
O*Is likely to be excessive. But
As described above, O determined by the device configuration*Amount generated
Cannot be suppressed below a certain value. Further, the above-mentioned etching apparatus uses SiOx
Cannot be used as a film etcher. This is the side
An RF electrode cover 45 made of quartz covering the wall electrode 44 is the same.
This is because it is sometimes etched. Therefore,
Triode type used as SiOx film etcher
In the plasma etching apparatus, the RF electrode cover 45
Instead of quartz, alumite (aluminum oxide) or aluminum
Consists of mineral ceramics. Here, recent semiconductor processes include:
For example, like bit line contact processing for DRAM,
Penetrate through the laminated film of SiOx film / polysilicon film / SiOx film
Through the dry hole to open the contact hole
Ching may be performed. At this time, as described above
In addition, both the SiOx film and the polysilicon film are
I can't etch with an etching machine
Conventionally, SiOx film etcher and polysilicon film etcher
Etch while transferring wafer W between two devices of char
Was going on. But one contact hole
Since the device is switched twice in the middle of opening the
Through holes compared to normal contact hole openings
Put has fallen by nearly one-third, causing a major hindrance to productivity
Have come. As described above, the conventional triode type
For plasma etching equipment, O*Controllability of supply,
Of the etching target due to the difference in
There is room for improvement with respect to restrictions. Therefore, the present invention
Aims to make this improvement. [0020] SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is directed to the above-mentioned object.
It is suggested to reach. The basic idea
Is a triode type plasma etching system.
Near the side wall electrode
Do not release oxygen-based species by plasma contact
(Hereinafter referred to as “does not release oxygen”) First member
And release oxygen-based species (hereinafter “oxygen release possible”
Describe. ) A second member, and each of the two members
Etching by changing the relative ratio of Zuma contact area
O in the reaction system*Is to freely control the total amount of Here, the constituent materials of the first member and the second member are
And practically useful materials are aluminum oxide
Materials and SiOx-based materials. The relative ratio is determined by the first member and the second member.
Components and concentric with respect to the axis of the chamber and close to each other.
The first member and the second part by the control means;
Can be changed by changing the relative position of the material
You. This change in the relative positional relationship is performed along the axial direction of the chamber.
Up and down, or rotate around this axis.
It is a stool. If such a plasma is used in the apparatus, mechanical
O in the chamber by simple operation*Easily control the amount of
It is possible to etch polysilicon film, SiOx
Film etching, etching using a hard mask,
Etching of a laminated film of a silicon film and an oxide film
One etching system can handle various processes
Become like [0024] DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION In the present invention, a shaft
A first member (oxygen release
No contact) and each plasma contact area of the second member (oxygen release possible)
To change the relative ratio of (a), the first member is fixed
The material and the second member are movable members. (B) The first member is movable.
(C) the first member and the second member
Both of the two members are movable members.
Then place both members in the chamber and move the movable members
It is driven using a moving mechanism. Whichever configuration you choose,
However, O in the chamber*That affect the total amount of
Is the absolute plasma contact surface of the second member (can release oxygen)
It is a product. However, the first member (without releasing oxygen)*
That chemical species that can consume
It is a premise. Therefore, the plasma contact area of both members
Optimizing the relative ratio means that the O*of
The total amount will be optimized. As the first member,
At least its plasma contact surface is made of aluminum oxide
And the second member
The plasma contact surface is made of SiOx-based material
It is preferable to use one that is used. It is considered that the fixing member is most practical.
The member is the side wall of the chamber. Chamber side wall
The largest ion source in the area covering the wall electrode
Because of the putter effect, at least the first part
It is a special feature of the present invention that the material or the second member is provided.
It is effective for The first member or the second member has a side wall itself.
May be composed of a thin film on the side wall surface.
It can be applied by forming technology or
Paste these appropriate solid members (blocks, tiles, etc.)
It can also be arranged by a method such as shaking. Note that this
The first member and the second member do not always have a chamber on the side wall surface.
Is not continuously covered along the circumferential or axial direction of the
May be. One of the movable members is paired in proximity to the side wall.
It can be a plate-like member that can be oriented in the direction. This plate
If the material is a ring-shaped member with no opening,
To raise and lower along the axial direction of the chamber using a structure
The relative ratio of the plasma contact area of the first member and the second member
Can be changed. In particular, the second member (oxygen
Can be released discontinuously on the side wall of the chamber,
Slit, window, etc. made of the first member (without releasing oxygen)
Using a ring with an opening and using a drive mechanism
By rotating it about the axis of the chamber.
The degree of exposure of the second member through the mouth, ie the plasma
The contact area can be changed. Or the same opening
Double the ring with the inner ring and outer ring
The width of the opening may be controlled by the difference between the rotation angles. This double
According to the ring configuration, the arrangement of the second member that releases oxygen is
It may be continuous along the circumferential direction. Both the first member and the second member are movable members.
The first member and the second member alternately along the circumferential direction.
Composed of an outer ring as shown in FIG.
The inner ring with opening is concentrically arranged close to the inner ring.
Plasma contact area of the second member through the opening by rotation
Should be changed. Here, the configuration of the outer ring
Is discontinuous on the inner wall surface of the ring-shaped member composed of the first member.
Even if the second member is arranged on the second member,
The first member is disposed discontinuously on the inner wall surface of the ring-shaped member.
May be used. If possible, the first member
And the second member are alternately joined to form an outer ring as a whole.
It does not matter even if it constitutes a tag. In the plasma apparatus of the present invention, the desired
Plasma contact surface of first member and second member according to process
The relative ratio of the products can be set optimally. For example,
O to use a hard mask*Is likely to be excessive
In the etching, the plasma contact of the second member (can release oxygen)
It is only necessary to perform a mechanical operation to reduce the area.
O to achieve anisotropy*Wants to generate extra etching
Then, it is necessary to increase the plasma contact area of the second member.
What is necessary is just to perform a mechanical operation. Depending on the setting of such relative ratio
And one plasma device is, for example, an SiOx film etcher.
-Can be used as a polysilicon film etcher
Becomes Moreover, if this setting is changed continuously,
That is, during the etching, the first
By driving one member and / or the second member, the substrate
It consists of insulating film and wiring film in the same chamber
Performing multilayer film etching as a continuous integrated process
Becomes possible. As a result, semiconductor device manufacturing
Significant improvements in puts and costs. [0030] DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First, prior to the description of an embodiment to which the present invention is applied,
Thus, a technique prior to the present invention will be described. Prior Example 1 Here, the fixing member is made of alumina ceramics (oxygen release
The movable member is a synthetic stone.
Elevating side wall protection ring made of UK (can release oxygen)
One configuration example of triode type plasma etching equipment
This will be described with reference to FIGS. This etching apparatus uses a ceiling of the chamber 1
Of the upper ground electrode 2 constituting the portion and the side wall surface of the chamber 1
High frequency electric field between the annular side wall electrode 5 constituting a part thereof
To generate plasma P, and use this plasma P
Then, dry etching of the wafer W is performed. Up
The side wall surface of the chamber 1 is made of alumina ceramics.
You. The inside of the chamber 1 is on the back of the upper ground electrode 2.
Through the exhaust hood 3 provided on the side
While the air is exhausted, the arrow B through the gas supply pipe 41,
B2A predetermined etching gas is supplied from
These balances keep the inside at a certain pressure.
ing. The side wall electrode 5 has a matching net
An RF power source 10 for plasma excitation is connected via a work 9.
Have been. Here, the frequency of the RF power source 10 for plasma excitation is
The wave number was 13.56 MHz. The member holding the wafer W is the above chamber
1 is a conductive wafer stage 7 constituting the bottom surface
However, the wafer stage 7 is opposed to the upper ground electrode 2 described above.
Substrate electrode independently of plasma generation.
This is an electrode for applying bias. This substrate bias
Are lower in frequency than the RF power source 10 for plasma excitation.
Matching RF power supply 11 for matching network
Connecting to the wafer stage 7 through the
Is applied. This bias application RF power supply 12
The frequency is selected in the range of about 100-500kHz
can do. The outer peripheral side of the chamber 1 has a plurality of
It is circulated by the permanent magnet 6. This permanent magnet 6
Either the S pole or the N pole faces the wall of
The magnets in contact with each other are arranged so that their polarities are opposite to each other.
As a result, a multi-cusp magnetic field is formed in the chamber 1.
To achieve. Also, a permanent magnet 1 is provided on the back side of the upper ground electrode 2.
7 are provided. In addition to such a configuration, in this prior example,
As a husband, a vertically movable side wall protection ring 14 made of synthetic quartz
Was arranged. The liftable side wall protection ring 14 is
The lower end of the ring is supported
Connected to the actuator 16 via the holding member 15.
You. This actuator 16 is manually controlled by an operator.
Control signal by computer control or automatic control by computer.
Control the amount of movement in the direction of arrow B by transferring the signal
Is done. FIG. 2 shows the side wall of the chamber 1 and the liftable side wall holder.
FIG. 4 is a diagram showing the positional relationship of the protective ring 14 in a more easily understood manner.
You. According to this structure, the liftable sidewall protective phosphorus is used.
Plasma on the side wall surface of the chamber 1 according to the amount of elevation of the
As the contact area changes, the elevating side wall protection ring 1
The plasma contact area of No. 4 also changes. Here, FIG.
Raises the elevating sidewall protection ring 14 to the highest level
Then, the plasma P is substantially lifted and lowered by the side wall protection ring 14.
And the synthetic quartz is ion-sputtered.
O 2 in the etching reaction system*Supply is expected
Become so. In this state, oxygen is added to the etching gas.
It is suitable for performing gate electrode processing without addition. one
On the other hand, as shown in FIG.
When lowered to a low level, the plasma almost
It will be surrounded by the side wall. However, alumina ceramic
Is almost O due to ion sputtering.*Release
do not do. Therefore, this state is due to the etching of the SiOx film.
Suitable for Of course, the elevating side wall protection ring 14
Is set to an intermediate level, an intermediate amount of O*
Is supplied, and this is fine-tuned for etching conditions.
It can be used for adjustment. In the above example, the side wall of the chamber 1
Is an alumina-based ceramic, and an elevating sidewall protective ring is synthesized.
Although it was made of quartz, this constituent material was reversed,
Chamber sidewall made of synthetic quartz and alumina ceramics?
It may be combined with an elevating type side wall protection ring.
In this case, set the elevating side wall protection ring 14 to the highest level.
Raised state is suitable for etching SiOx film
The state where it is lowered to the lowest level is suitable for gate processing
State. Prior example 2 In this example, alumina-based ceramics (without releasing oxygen)
Inner wall of ring made of synthetic quartz with protective cover made of
For the outer ring and the protective cover
Alumina-based ceramic inner ring with a sliding window
Is a movable member in the chamber 1
See FIG. 3 and FIG. 4 for the ode type plasma device.
I will explain while. In addition, these inner and outer rings
It is generically referred to as a rotating side wall protection ring. FIG. 3 shows this triode type plasma apparatus.
From the rotary side wall protection ring
It is. The outer ring 20 has a circumferential surface on its inner wall surface.
Rectangular protection in every other 12 areas
The cover 21 is provided. So this means that oxygen
The first member that does not emit (a protection module made of alumina ceramics)
Bar) and a member that releases oxygen (wall material made of synthetic quartz)
However, it is apparently arranged alternately in the circumferential direction. one
Similarly, the inner ring 22 has a 12
Every other one has a rectangular window 23 at a total of six locations.
The relative position between the protective cover 21 and the window 23 is indicated by an arrow.
Can be changed based on the rotation of the ring in the C direction
This rotation can be performed by either the outer ring 20 or the inner ring 22.
Singly or with both rings at the same time
good. FIG. 4 is a sectional view taken along line XX of FIG.
The positional relationship between the protective cover 21 and the window 23 is shown for easy understanding.
It was done. FIG. 4A shows that the protective cover 21 is a window.
23, that is, completely exposed
When all of the contact surfaces are made of alumina ceramics
is there. In this state, the equipment originated in the etching reaction system
O*Is not supplied. On the other hand, FIG.
21 is completely shielded by the inner ring 22, ie,
Quartz, the wall material of the outer ring, is exposed through window 23
This is the case. In this state, the exposed part of this quartz
Oxygen is sputtered in the etching reaction system*But
Supplied. Note that O*4 (a) and FIG.
Arbitrary setting by selecting an intermediate rotation angle in (b)
Of course you can. Using the rotating side wall protection ring as described above,
In this case, the structure of the chamber 1 located further outside these
The constituent material is not particularly limited. Also the outer phosphorus
Directly on the side wall of chamber 1 instead of using
A configuration in which a protective cover is provided may be employed. This and
The quartz chamber contains alumina ceramics.
Protective cover, quartz for alumina ceramic chamber
A protective cover will be provided. Prior example 3 In this precedent example, the triode-type plasma
Offset SiOx film pattern using
Dry etching of W-polycide film using
went. See FIGS. 5 and 6 for this process
I will explain while. FIG. 5 shows a sample wafer before etching.
And a gate SiOx film 22 on a Si substrate 21.
A W-polycide film 25 is formed through
Formed with an offset SiOx film pattern 26
is there. The W-polycide film 25 is composed of n
+Type polysilicon film (polySi) 23 and tongues
Ten silicide (WSix) film 24
It is. Here, the polysilicon film 23 is made of SiH4
/ PH3About 100 nm by thermal CVD using mixed gas
And the WSix film 24 is made of WF6/ SiH4
About 100 nm by thermal CVD using a mixed gas of He / He
Each is formed to a thickness. In addition, the offset
The SiOx film pattern 26 is formed by resist patterning.
And dry etching.
The distant pattern has already been removed by ashing.
You. Here, as an example, the following conditions HBr flow rate 50SCCM Cl2Flow rate 50 SCCM Pressure 0.4Pa RF source power 800-1200W (13.56
MHz) RF bias power 10-100W (100-50
0 kHz) Wafer temperature Room temperature to 80 ° C Exposure area of lifting side protection ring 50-50% Then, the W-polycide film 25 was etched. Under the above conditions, an oxygen-based gas is added to the gas system.
Although it is not added, it is made of synthetic quartz
Oxygen-based chemical species are sputtered out of the protective ring 14.
As a result, the O*Maintain the proper amount
I was able to. As a result, as shown in FIG.
Forming a gate electrode 25a having a favorable anisotropic shape
I was able to. Next, a specific embodiment of the present invention will be described.
You. Embodiment 1 In the present embodiment, the triode type plasma
Bit line of ASIC DRAM using switching device
SiOx / po to open contact holes
Continuous and consistent etching of the lySi / SiOx film stack
went. See FIGS. 7 and 8 for this process
I will explain while. FIG. 7 shows a sample wafer before etching.
And a fourth layer having a thickness of about 100 nm on the Si substrate 31.
1 SiOx interlayer insulating film 32, poly 100 nm thick
Silicon (polySi) film 33 having a thickness of about 500 nm
The second SiOx interlayer insulating film 34 is sequentially formed by, for example, LPCV
A film is formed by the method D, and further, for example, a chemical
A resist pattern 35 made of a width-based resist material is formed.
It was made. This resist pattern contains
For example, go through KrF excimer laser lithography
As a result, an opening 36 having a diameter of 0.25 μm is formed.
You. The polysilicon film 33 is used for this device.
This is the third polysilicon film in the
Is what it does. Next, this wafer is connected to the triode type
The second SiOx is set in the plasma etching apparatus.
Step 1 of etching interlayer insulating film 34, polysilicon
Step 2 of etching the silicon film 33, first SiO
Step 3 of etching the x interlayer insulating film 32
Ching was performed continuously. Steps 1 and 3
The switching conditions are common, for example, [Steps 1 and 3] CHF3Flow rate 50 SCCM Ar flow rate 50 SCCM Pressure 0.67 ~ 133Pa RF source power 200-2000W (13.56
MHz) RF bias power 500W (100-500kHz)
z) Wafer temperature 25 ℃ 0% of the exposed area of the side-wall protection ring
Descends at And On the other hand, the etching conditions in Step 2 are as follows.
For example, [Step 2] HBr flow rate 0-50SCCM Cl2  10-100 SCCM Pressure 0.27 ~ 1.3Pa RF source power 800-1200W (13.56
MHz) RF bias power 15W (100 ~ 500kHz
z) Wafer temperature 70 ℃ 100% of the exposed area of the lifting side wall protection ring (maximum level
Up to And By this etching, as shown in FIG.
Good anisotropy for laminated films with different etching characteristics
It is possible to open a contact hole 37 having a shape.
did it. This contact hole 37 has a
And the bit lines are embedded. Conventionally, this kind of laminated film is etched.
In some cases, SiOx
The etching of the film and the etching of the polySi film are
Must be performed by the
The risk of reduced throughput or new contamination?
Was. However, according to the present invention, as described above,
Changing the wall material of the chamber only by mechanical raising and lowering of the protection ring
Wafer can be transported during etching
There is no need to perform this operation, and the conventional problem does not occur. Although the embodiments have been described above, the present invention
Is not limited to these examples. for example
For example, the configuration of the triode etching system,
Details such as wafer configuration and dry etching conditions
It can be changed and selected. [0054] As is clear from the above description, the present invention
According to Ming, O*Control of supply volume and internal constituent materials
Of restrictions on the etching target due to the difference in
Excellent anisotropic shape in dry etching, optimal
A high SiOx film selectivity can be achieved. Only
Also, one unit for dry etching where the optimum conditions differ greatly
Because it is possible to respond with a plasma device,
Improvements in put and particle levels are expected. Ma
In addition, it is conventionally complicated because it requires etching of different materials.
What can be simplified is the device structure
This will also increase the degree of freedom in design. Therefore the book
The invention is based on the realization of precise and efficient dry etching
It is important for miniaturization, high integration, and high performance of semiconductor devices.
It is a contributor.

【図面の簡単な説明】 【図1】本発明を適用したトライオード型プラズマ・エ
ッチング装置の構成例を示す模式的断面図であり、
(a)は昇降式側壁保護リングを上昇させた状態、
(b)は下降させた状態をそれぞれ表す。 【図2】図1の昇降式側壁保護リングとチャンバの一部
を示す斜視図である。 【図3】図2の変形例として回転式側壁保護リングを示
す斜視図である。 【図4】図2のX−X線断面図であり、(a)は内側リ
ングによる外側リングの壁材の遮蔽状態、(b)は内側
リングによる外側リングの壁材の開放状態をそれぞれ表
す。 【図5】本発明のドライエッチング方法を適用したプロ
セス例において、W−ポリサイド膜上にSiOx膜パタ
ーンを形成した状態を示す模式的断面図である。 【図6】図5のSiOx膜パターンをマスクとしてW−
ポリサイド膜を異方性エッチングした状態を示す模式的
断面図である。 【図7】本発明のドライエッチングを適用した他のプロ
セス例において、SiOx/polySi/SiOx積
層膜上でレジスト・パターニングを行った状態を示す模
式的断面図である。 【図8】図7のレジスト・パターンをマスクとしてSi
Ox/polySi/SiOx積層膜の連続一貫エッチ
ングを行った状態を示す模式的断面図である。 【図9】従来の一般的なトライオード型プラズマ・エッ
チング装置の一構成例を示す模式的断面図である。 【符号の説明】 1 チャンバ、 2 上部接地電極、 5 側壁電極、
7 ウェハ・ステージ、 10 プラズマ励起用RF
電源、 12 バイアス印加用RF電源、 14昇降式
側壁保護リング、 15 支持部材、 16 アクチュ
エータ、 20外側リング、 21 保護カバー、 2
2 内側リング、 23 窓部、 25 W−ポリサイ
ド膜、 25a ゲート電極、 26 オフセットSi
Ox膜パターン、 32 第1のSiOx層間絶縁膜、
33 ポリシリコン膜、 34 第2のSiOx層間
絶縁膜、 35 レジスト・パターン、 37 コンタ
クト・ホール、 P プラズマ、 W ウェハ
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic sectional view showing a configuration example of a triode type plasma etching apparatus to which the present invention is applied;
(A) is a state in which the elevating type side wall protection ring is raised,
(B) respectively shows the lowered state. FIG. 2 is a perspective view showing a part of a chamber and a liftable sidewall protection ring of FIG. 1; FIG. 3 is a perspective view showing a rotary side wall protection ring as a modification of FIG. 2; 4A and 4B are cross-sectional views taken along the line XX of FIG. 2, wherein FIG. 4A shows a state in which an inner ring shields a wall material of an outer ring, and FIG. . FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a state in which a SiOx film pattern is formed on a W-polycide film in a process example to which the dry etching method of the present invention is applied. FIG. 6 is a graph showing the relationship between the SiOx film pattern shown in FIG.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a state in which a polycide film has been anisotropically etched. FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a state where resist patterning has been performed on a SiOx / polySi / SiOx laminated film in another process example to which dry etching of the present invention is applied. FIG. 8 is a view showing a state in which Si is formed using the resist pattern of FIG. 7 as a mask;
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a state in which an Ox / polySi / SiOx laminated film is continuously and continuously etched. FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of a conventional general triode type plasma etching apparatus. [Description of Signs] 1 chamber, 2 upper ground electrode, 5 side wall electrode,
7 Wafer stage, 10 RF for plasma excitation
Power supply, 12 RF power supply for bias application, 14 lifting / lowering side wall protection ring, 15 support member, 16 actuator, 20 outer ring, 21 protection cover, 2
2 inner ring, 23 window, 25 W-polycide film, 25 a gate electrode, 26 offset Si
Ox film pattern, 32 first SiOx interlayer insulating film,
33 polysilicon film, 34 second SiOx interlayer insulating film, 35 resist pattern, 37 contact hole, P plasma, W wafer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/3065 C23F 4/00 H05H 1/46 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/3065 C23F 4/00 H05H 1/46

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 チャンバの天井部を構成する上部電極
と、該チャンバの側壁の少なくとも一部に沿って設けら
れる側壁電極との間に印加される電界により励起される
プラズマを用い、該チャンバ内に収容された基板に対し
て所定のエッチングを施すドライエッチング方法であっ
て、 前記エッチングは、前記プラズマと接触しても酸素系化
学種を放出しない第1部材と、前記プラズマとの接触に
より酸素系化学種を放出する第2部材とが配された前記
チャンバ内で、前記第1部材と前記第2部材の各プラズ
マ接触面積の相対比率を制御手段を用いて制御し、 前記第2部材のプラズマ接触面積の相対比率を減じて絶
縁膜をエッチングするステップと、この相対比率を上昇
させて配線膜をエッチングするステップとを組み合わせ
ることにより、絶縁膜と配線膜からなる積層膜の連続一
貫エッチングを行うドライエッチング方法。
(57) Claims 1. Excited by an electric field applied between an upper electrode constituting a ceiling portion of a chamber and a side wall electrode provided along at least a part of a side wall of the chamber. A dry etching method for performing predetermined etching on a substrate housed in the chamber by using a plasma to be etched, wherein the etching does not release an oxygen-based chemical species even when the substrate is in contact with the plasma. And a second member that releases an oxygen-based chemical species upon contact with the plasma, wherein the relative ratio of the respective plasma contact areas of the first member and the second member is controlled using control means. A step of etching the insulating film by reducing the relative ratio of the plasma contact area of the second member, and a step of etching the wiring film by increasing the relative ratio. It allows a dry etching method for performing continuous consistent etching of a laminated film made of an insulating film and wiring film for.
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